kjer je:
• 1 – testirana naprava (fan-coil),
• 2 – merilnik volumskega pretoka zraka,
• 3 – zunanji statični tlak,
• 4 – prezračevalni kanali,
• 5 – prilagodljiva loputa za pretok zraka – dušilka,
• 6 – tesna komora z aparati za merjenje volumskega pretoka zraka,
• 7 – ventilator.
Prav tako v našem primeru komora ni popolnoma tesna, zato so lahko na temperaturo prostora vplivali tudi zunanji dejavniki – odpiranje vrat komore, gibanje ljudi po komori, prepih znotraj prostorov laboratorija ipd.
Na drugačen rezultat ima lahko izreden vpliv tudi priprava hladne vode. Čiler s svojim delovanjem še vedno povzroča oscilacije temperature vode, ki so sicer nizke, vendar če le-te primerjamo s le-teoretičnimi vrednostmi, ki so po vsej vrednosti izračunane po idealnih stanjih, ima lahko to izredno velik vpliv. Praktično vsaka oprema, ki povzroča takšne ali drugačne oscilacije temperatur, volumskega pretoka ali tlaka ima vpliv na samo moč konvektorja.
Še eden od razlogov, ki bi pojasnili razliko v moči in karakteristiki izbranega konvektorja, je neenakost pogojev za posamično meritev. Če bi temperaturo prostora zagotovili na
natanko 22 °C natančno z manj kot 0,5 K razlike, bi lahko zagotovili tudi večjo primerljivost meritev, rezultatov in teoretičnih osnov.
Navsezadnje pa proglašamo meritev hladilne karakteristike izbranega konvektorja za uspešno izvedeno, saj se takšni pogoji pojavljajo tudi v praksi pri montaži in sami regulaciji takšnih naprav.
4.2 Grelna karakteristika
Grelna karakteristika je bila druga karakteristika, za katero so bile izvedene meritve.
Konvektor je v tem primeru deloval v grelnem režimu, ki je opisan v poglavju 3.2.3, kar pomeni, da je sobo grel, medtem ko smo temperaturo sobe poskušali nadzorovati s hlajenjem radiatorskih sten.
Tako kakor pri hladilni karakteristiki si tudi tukaj pripravimo ustrezne grafe ter Excelov kalkulator na Slika 4.2, le da enačbo za moč prilagodimo glede na standard opisanem v poglavju 3.1.
Tudi v tem primeru počakamo na stabiliziranje vseh parametrov kot pri hladilni karakteristiki in po zajemu podatkov rezultate izračunov sproti vpisujemo v preglednico.
Tabela 4.5 prikazuje rezultate meritve za grelno karakteristiko, v kateri so prikazane grelne moči konvektorja pri različnih hitrostih ventilatorja in volumskega pretoka vode, ki teče skozi konvektor.
Tabela 4.5: Rezultati meritev ‒ grelna moč konvektorja v [W]
3,3 5 6,6 7,5 10
V primeru teh podatkov nismo nadaljevali z meritvami pri 10-% volumskem pretoku vode, saj kot boste videli kasneje na grafu, meritve niso uspele tako, kot bi morale. Podatkom pa moramo še dodati električno moč dveh ventilatorjev, saj le-ta pomagata segrevati prostor.
Te moči so enake kakor zgoraj pri hladilni karakteristiki v Tabela 4.3.
𝑄 [L/h] 𝑣 [V]
Tabela 4.6: Popravljene grelne moči konvektorja v [W]
3,3 5 6,6 7,5 10
439 630,39 759,61 742,36 934,96 977,44
335 704,75 743,63 917,51 726,14 904
223 1240,44 763,06 674,42 719,64 919,66
117 959,18 921,93 598,9 1097,81 1131,63
0 0 0 0 0 0
Podatke v zgornji tabeli lahko sedaj prikažemo v grafu in tako dobimo grelno karakteristiko izbranega konvektorja pri zagotavljanju temperatura prostora 22 °C. Na grafu je opazna razlika v primerjavi s hladilno ali teoretično in splošno karakteristiko. Medtem ko Δ𝑇 sledi običaju, se veča s padanjem prostorninskega pretoka ter povečevanjem hitrosti ventilatorja.
Grelna karakteristika naj bi imela namreč enak trend kakor hladilna karakteristika, zato smo že med samo meritvijo vedeli, da bo ta meritev žal imela neko napako. Prav zaradi tega nismo nadaljevali z meritvijo pri 10-% volumskem pretoku, saj lahko na podlagi meritev pri 25 % sklepamo, kaj in zakaj je šlo narobe.
𝑄 [L/h] 𝑣 [V]
Diagram 4.4: Grelna karakteristika izbranega konvektorja
4.2.1 Analiza grelne karakteristike
Kot je že omenjeno zgoraj, se grelna karakteristika izbranega konvektorja ne ujema v nikakršnem pogledu z nobeno od teoretičnih karakteristik ventilatorskih konvektorjev. Moči konvektorja so višje pri 25-% volumskem pretoku kot pri 100-% volumskem pretoku oz.
popolnoma odprtem ventilu. Rezultat je popolnoma zgrešen, razlog za to pa se skriva po mojem mnenju že v razlogih, navedenih v poglavju Analiza hladilne karakteristike. Veliko vlogo igrajo velikost komore, netesnost, zunanji pogoji, neenaki pogoji pri meritvah ter oscilacije različnih parametrov, ki jih povzroča oprema za proizvodnjo tople in hladne vode.
Večina konvektorskih naprav je zasnovanih za delovanje v hladilnem režimu, kar pomeni, da bodo v hladilnem režimu imeli večjo učinkovitost kakor v grelnem. To se pozna že v samih teoretičnih izračunih moči, ki jih poda proizvajalec v tehnični dokumentaciji. V našem primeru pa menim, da konvektor pri višjih prostorninskih pretokih v danih pogojih ni bil zmožen dati od sebe več, kakor bi lahko.
Moči so pri nižjih volumskih pretokih še primerljivi s teoretičnimi močmi, v nekaterih primerih so celo nekoliko višje. Večji pa kot je prostorninski pretok, večja je razlika s teoretičnimi močmi, kjer je na koncu pri največji odprtosti ventila in najvišji hitrosti razlika moči približno 1 kW.
Izboljšave rezultatov ter eksperimentalnega preizkuševališča
Rezultate bi lahko izboljšali na več načinov. Prvi način je z uvedbo manjših sprememb ali uvedbe drugačne metode. Sploh pri grelni karakteristiki bi bilo pomembno povečati temperature grelne vode v konvektorju ter temu primerno hladilno vodo v radiatorjih, da bi povečali moč konvektorja ter z radiatorji še zmogli uravnavati temperaturo v prostoru.
Primerna uvedba drugačne metode merjenja bi bila tudi dobrodošla, še posebej kot predlog za nadaljnje delo. V okviru tega bi poskušali meritev izvesti tako, da dosežemo določen Δ𝑇 pri vsaki obratovalni točki neke hitrosti ventilatorja. Te meritve bi sicer lahko vzele kar nekaj časa, a bi bilo iz raziskovalnega vidika zagotovo vredno.
Dobrodošla bi bila tudi primerna ureditev komore kot drugi način izboljšave rezultatov, hkrati pa tudi izboljšave eksperimentalnega preizkuševališča. Rezultati bi bili po mojih predvidevanjih veliko boljši v namenski testni komori, manjših dimenzij in večjo tesnostjo, kot npr. predstavljene na Slika 4.4. Manjše dimenzije komore lahko prinesejo veliko prednosti, in sicer lažje in hitrejše izvedbe meritev, saj se spremembe hitreje odražajo v manjših prostorih. Prav tako bi s tem in povečano tesnostjo lažje zagotovili enake pogoje med vsako meritvijo, s tem pa tudi stroške izvajanja omenjenih eksperimentov.
Manjše dimenzije komore bi tudi pripomogle k enakovredni temperaturi po celotnem prostoru. Pri sedanjih meritvah je bilo opaziti razlike temperatur v različnih delih prostora za razliko tudi do 2 K, ki je sicer po standardnih nedopustno. Predvidevam, da je šlo za točke prostora, kjer je prišlo do stagnacijskih točk. Za primerno vzpostavitev temperature v teh točkah bi potrebovali dlje časa ali pa primerno ventilacijo notranjega hladnega zraka, ki zajame celoten prostor.
5 Zaključki
V zaključni nalogi smo:
1) pregledali literaturo o ventilatorskih konvektorjih in njihovih karakteristikah,
2) izbrali metodo izračuna in merjenja karakteristike ventilatorskih konvektorjev po predpisanih standardih,
3) pojasnili delovanje eksperimentalnega preizkuševališča in podali mnenja za izboljšavo le-tega,
4) analizirali podatke meritev in določili hladilno ter grelno karakteristiko izbranega ventilatorskega konvektorja ter le-te primerjali s teoretičnimi karakteristikami konvektorjev.
5) ugotovili, da se hladilna karakteristika ujema s splošno karakteristiko konvektorjev po trendu, po vrednostih pa se ne ujema s teoretično hladilno karakteristiko izbranega konvektorja, po vsej verjetnosti zaradi praktičnih meritev in ne popolnoma izotermnih in laboratorijskih. Grelna karakteristika se po drugi strani ne ujema z nobenimi od karakteristik, po vsej verjetnosti zato, ker konvektor pri višjih pretokih ni zmogel dati dovolj moči zaradi relativno nizkih temperatur v sistemu.
Celovito lahko zaključimo, da smo cilje, ki smo si jih zastavili, dosegli le deloma, saj se grelna karakteristika izbranega konvektorja ni obnesla tako, kakor bi se morala, hladilna karakteristika pa ustreza praktičnim pogojem merjenja in je uporabna za dobro regulacijo.
Agnoscirali smo nekatere pomanjkljivosti, vplivajoč na rezultate meritev, in podali njihove vzroke ter ustrezne izboljšave za zmanjšanje le-teh.
Predlogi za nadaljnje delo
Nadaljnje delo lahko poteka na več načinov. Lahko bi določevali karakteristiko ventilatorskega konvektorja na podlagi različnih metod, s konstantnim Δ𝑇, pri čemer temperatura prostora ne bi igrala glavne vloge, bi bila pa tudi pomembna, da se od nje ne oddaljimo preveč. Lahko ponovimo meritve po metodi, ki smo si jo zadali, le da poskušamo določevati ponovljivost in merilno negotovost za zasnovano preizkuševališče ali pa da se zasnuje novo. Primerno bi bilo tudi meritve izvesti v praksi, izven laboratorija, v drugih stanovanjskih ali delovnih prostorih, ter tako dobiti praktične karakteristike ventilatorskega konvektorja, ki bi bile bolj primerne za nadaljnjo regulacijo.
Literatura
[1] K. Butcher, M. Price: Fan Coil Units. Charted Institution of Building Services Engineers, London, 2008.
[2] Seltron d. o. o.: Konvektorji za ogrevanje in hlajenje prostorov. Seltron d. o. o., Maribor, 2020.
[3] Lindab IMP Klima d. o. o.: Talni konvektorji – Tehnični katalog. Lindab IMP Klima d. o. o., Godovič, 2015.
[4] Termo Shop d. o. o.: Ventilatorski konvektorji. Dostopno na: https://www.termoshop .si/ventilatorski-konvektorji, ogled: 1. 4. 2021.
[5] Aermec S.p.A: Fan coils with Inverter Brushless motor (EC) – Universal and floor installation. Bevilacqua, 2018.
[6] T. L. Bergman, A. S. Lavine,F. P. Incropera, D. P. Dewitt: Fundamentals of Heat and Mass Transfer (Seventh Edition). John Wiley & Sons Inc., Hoboken, 2011.
[7] I. Golobič: Prenosniki toplote – Predavanja pri predmetu Prenos Toplote na Fakulteti za strojništvo v Ljubljani. Laboratorij za toplotno tehniko, Fakulteta za strojništvo, Ljubljana 2020.
[8] Danfoss Trata d. o. o.: Cenik 2021 – Ogrevalna tehnika. Danfoss Trata d. o. o., Ljubljana, 2021.
[9] Danfoss Trata d. o. o.: Načrtovanje rešitev za hidravlično uravnoteženje in regulacijo za energetsko učinkovite toplovodne aplikacije v stanovanjskih in komercialnih zgradbah. Danfoss Trata d. o. o., Ljubljana, 2021.
[10] I. Golobič: Konvekcija – Predavanja pri predmetu Prenos Toplote na Fakulteti za strojništvo v Ljubljani. Laboratorij za toplotno tehniko, Fakulteta za strojništvo, Ljubljana 2020.
[11] I. Golobič: Uvod v prenos toplote – Predavanja pri predmetu Prenos Toplote na Fakulteti za strojništvo v Ljubljani. Laboratorij za toplotno tehniko, Fakulteta za strojništvo, Ljubljana 2020.
[12] M. Virta (ed.), D. Butler, J. Gräslund, J. Hogeling, E. L. Kristiansen, M.
Reinikainen, G. Svensson: Chilled Beam Application Guidebook (Second Edition).
REHVA, Brussels, 2007
[13] Siemens Ltd: Hydronics in building systems. Siemens Switzerland Ltd, Zug, 2019.
[14] Seltron d. o. o.: TERAMATIK D1 in TERMATIK D2 – Navodila za nastavitev in montažo. Seltron d. o. o., Bistrica ob Dravi, 2002.
[15] V. Butala: Klimatski in hladilni sistemi. Fakulteta za strojništvo, Ljubljana.
[16] A. Novoselac: HVAC Control Systems. The University of Texas at Austin, Department of Civil, Architectual and Environmental Engineering, Austin, 2015.
[17] D. Burja: Using fan speed in energy savings tool. Danfoss Trata d. o. o., Ljubljana 2021.
[18] D. Burja: Energy savings from pressure independent control valves with IoT actuator. Danfoss Trata d. o. o., Ljubljana, 2019.
[19] European Committee for Standardization: Heat exchangers – Hydronic room fan coil units – Test procedures for establishing the performance (DRAFT prEN 1397).
CEN-CENELEC Management Centre, Burssels, 2020.
[20] Aermec S.p.A: Fan coil with inverter brushless motor – Hanging and underfloor installation. Bevilacqua, 2018.
[21] Danfos A/S: Pressure independent balancing and control valve AB-QM DN 10-250.
Danfoss A/S, Nordborg, 2018.
[22] Danfoss Trata d. o. o.: Naj bodo vaše stavbe več vredne ob istočasnem zmanjšanju vaše naložbe in obratovalnih stroškov. Danfoss Trata d. o. o., Ljubljana, 2017.
[23] Huba Control AG: Relative and differential pressure transmitter Type 692. Huba Control AG, Würenlos, 2020.
[24] KROHNE Messtechnik GmbH: OPTIFLUX 1000 – Technical Datasheet. KROHNE Messtechnik GmbH, Duisburg, 2017.
[25] KROHNE Messtechnik GmbH: IFC 100 – Technical Datasheet. KROHNE Messtechnik GmbH, Duisburg, 2018.
[26] Wilo SE: Wilo-Veroline-IP-E, Wilo-Veroline-DP-E – Navodila za vgradnjo in obratovanje. Wilo SE, Dortmund, 2017.
[27] Danfoss A/S: Temperature sensors (Pt1000) ESMT, ESM-10, ESM-11, ESMB-12, ESMC, ESMU. Danfoss A/S, Nordborg 2018.
[28] TE Connectivity Ltd. Family of companies: Pt temperature sensor – PTF Family.
TE Conncectivity Ltd, Family of companies, 2015.
[29] J. Kutin: Statične lastnosti elementov merilnega sistema – Predavanja pri predmetu Prenos Toplote na Fakulteti za strojništvo v Ljubljani. Laboratorij za meritve v procesnem strojništvu, Fakulteta za strojništvo, Ljubljana, 2020.
[30] IMP PUMPS d. o. o.: NMT Mini. IMP PUMPS d. o. o., Komenda, 2020.
[31] Danfoss A/S: SonoSelect and SonoSafe Energy Meters. Danfoss A/S, Nordborg 2019.
[32] Wilo SE: Wilo-Stratos MAXO/-D/-Z – Navodila za vgradnjo in obratovanje. Wilo SE, Dortmund, 2018.
[33] B. Wischnewski: Steamcalculation – LAPWS-IF97. Dostopno na internetnem naslovu: http://www.peacesoftware.de/einigewerte/wasser_dampf_e.html
[34] P. W. Sunu, D. S. Anakottapary, A.A.N.B. Mulawarman, I. D. M. C. Santosa, I. P. S.
Negara: Heat Transfer Characteristics of Fan Coil Unit (FCU) Under The Effect of Chilled Water Volume Flowrate, Journal of Physics: Conference Series 935 (2017).
Priloga A
V prilogi A so prikazani podatki za teoretično hladilno karakteristiko izbranega ventilatorskega konvektorja, ki jo popišemo v poglavju 3.4.1.
FCZI 300 – 301 – 302 𝑇𝑤,𝑖𝑛 = 9 °C 𝑇𝑤,𝑖𝑛 = 11 °C
𝐷𝑡𝑤 [°C] 𝑇𝑏𝑢 [°C] 𝑃𝑐 [W] 𝑃𝑐 [W]
3
15 1205 899
17 1767 1270
19 2417 1938
21 3042 2569
23 3735 3270
5
15 1025 820
17 1509 836
19 2213 1668
21 2862 2348
23 3572 3081
7
15 929 678
17 1009 678
19 1896 1146
21 2639 2044
23 3360 2812
Priloga B
V prilogi B so prikazani podatki za teoretično grelno karakteristiko izbranega ventilatorskega konvektorja, ki jo popišemo v poglavju 3.4.2.
FCZI 300 𝑇𝑎 𝐵. 𝑆. [°C]